平面转体施工方法在吴江互通工程中的创新实践

　　摘要：桥梁转体施工技术是指桥梁在非设计位置完成桥梁上部结构的施工，然后通过转动体系，使桥梁上部结构转动一定角度后，就位于设计位置的一种施工方法。桥梁转体施工根据转动方向，可分为竖向转体法、水平转体法以及平竖转体法结合的施工方法，其中以平转法应用最多。连续梁桥平面转体施工方法用于上跨交通繁忙的城市立交，越发显示出社会效益和经济效益。本文结合工程实例较系统地介绍了上跨高速公路连续桥梁平面转体工艺的施工方法及创新应用。

　　关键词：连续梁桥,平转工艺,创新实践

　　苏嘉杭高速公路吴江互通跨线桥转体施工就是利用水平转体施工方法跨跨越苏嘉杭高速公路。苏嘉杭高速公路吴江互通转体桥，在临近苏嘉杭高速公路旁近地面作业，利用转盘，采用连续千斤顶可实现连续、不间断牵引转体就位，避免长时间因苏嘉杭高速公路施工需封闭交通，而导致苏嘉杭高速公路苏州段的通行不畅而带来经济、政治影响。

　　桥梁转体法与以往悬臂挂篮、原位现浇等施工工艺相比，具有如下特点：

　　1)、施工工艺和所用机械简单，转体时仅需连续千斤顶等设备即可使上部结构在短时间内转体就位，简单易行，易于掌握，便于推广。

　　2)、采用砼轴心转体施工，转体重量全部由桥墩(或桥台)、磨心砼轴心承受，承载力大，转动安全、平衡、可靠且具有结构受力明确、力学性能好等特点。

　　3)、转体法能较好地克服在高山峡谷、水深急流或繁忙等级航道上架设大跨度构造物的困难。尤其是对修建处于交通繁忙的城市立交和铁路跨线桥，其优势更加明显。

　　1、 工程概况

　　苏嘉杭高速公路吴江互通改建工程位于苏州吴江经济开发区内。该经济开发区成为首批国家信息产业基地，原苏嘉杭高速公路吴江互通满足不了开发区交通通行需要，需对原吴江互通拆除新建。新建吴江互通C匝道跨线桥上跨苏嘉杭高速公路，桥长为458m，跨径布置为：2×(4×20)﹢(36﹢60﹢36)﹢2×(4×20);上部结构为RC连续箱梁﹢PC连续变截面箱梁(转体施工)﹢RC连续箱梁。

　　1.1、主桥上部为(36﹢60﹢36)m,三跨变截面预应力砼连续箱梁，其竖曲线半径设计为1500m，与苏嘉杭高速公路交叉75°，采用单箱单室，顶板宽15.5m，底板宽8m，箱梁高度按二次抛物线，从跨中2.1m变化至距主墩中心1.75m处3.7m。主桥下部结构墩身采用钢筋砼墙身墩，主墩墩身横桥向宽为8.0m,厚度为2.5m,墩身下部为转体结构;主墩承台下基础为 9φ1.5m桩长为70m深钻孔灌注桩。

　　1.2、 主桥转体结构设计构造:

　　桥转体结构由上转盘(即上承台)、下转盘(即下承台)、钢筋混凝土球面铰(通常又称磨心)、钢筋混凝土磨盖、滑道、顶推环道、定位轴心钢柱等部分组成，上转盘横桥向长10 m，顺桥向宽4.5 m，高2.0 m;下转盘横桥向和顺桥向长度均为10 m，高3.0 m;磨心直径为2.0 m，球面矢高为10cm，球体直径为500 cm;磨盖平面尺寸为3 m*3 m，高1.0 m;滑道为钢板和四氟滑板组成的滑动面，滑道半径为325 cm，宽度为50 cm，其结构由上至下依次为16mm钢板、3mm不锈钢板、5mm四氟滑板、16mm钢板;下转盘桥球面中心设Φ200mm、长70 cm的ZG45钢柱转轴，以避免转体过程中上转盘偏离下转盘。此外，在下转盘沿直径为9.0 m的圆周上为顶推槽口圈，槽口圈上设置环道后座、顶推槽口及限位块，环道后座平面尺寸为80 cm *80 cm，高为50 cm，槽口圈上每隔80 cm预留顶推槽，作为转体时设千斤顶得后座板，槽深40 cm，平面尺寸为30 cm*30 cm。限位块平面尺寸为30 cm*30 cm，高40 cm，转体结构见图1

　　图1 主桥主墩一般构造图

　　3、 转体结构施工及控制要点

　　转盘施工是转体桥施工技术和施工难度相对较高的一个环节。它的质量好坏直接关系到转体最终能否顺利实现，因此施工前需要严格控制每道工序。必须精心施工、精心安装。

　　3.1 下承台及磨心施工

　　主墩下承台及球面形磨心(下磨盘)施工时工艺要求很高，下磨盘施工质量好坏，对桥梁实施转体起到决定性作用，应谨慎施工;控制施工要点：

　　3.1.1 浇筑下磨盘混凝土前要预埋设好转动定位钢柱，本桥设计实心定位钢柱转轴型号规格为：Φ200mm长70mm的ZG45，以避免转体过程中，上转盘偏离下转盘，钢柱安装垂直偏差≤0.5mm并要准确定位，其横截面抗剪应力大于最大顶推力，并有足够的安全储备。钢柱顶部应预先打磨成45°倒角，以方便磨盖吊放对中插入磨心;

　　3.1.2 浇下承台时应预留顶推环道槽口。

　　3.2 磨盖及上转盘施工

　　当下磨盘交检合格及磨盘混凝土强度达到20MP以上时，即可在磨心表面涂抹隔离剂并铺上1-2层塑料薄膜，以磨心表面做底模，先浇筑3m×3m×1m的磨盖混凝土。在浇筑磨盖混凝土前，在磨心周围(边)加铺一圈宽度10cm的油毛毡两层，目的在于提起磨盖，撕去隔离塑料薄膜和油毛毡重新盖上磨盖后，磨盖和磨心的周边不接触，磨心周边不受力，从而保证磨心周边不致因局部承压力过高而破坏。当磨盖混凝土强度达80%后，即可进行磨盖和磨心的磨合。开始磨合时不应在磨心表面涂抹润滑剂，宜先干磨合后加水磨合，在磨盖顶面加设推杆人工推动磨盖旋转磨合，也可用卷扬机牵引磨盖旋转磨合，随着磨心磨盖接触面磨合光滑，阻力会逐渐减少。磨合过程中应经常提起磨盖观察其接触面，对个别不平整部位应另用砂转专门打磨。

　　3.3 支架及箱梁施工

　　在完成新建苏嘉杭拼宽路基路面工程上，搭设支架，支架标高应计入预拱度，并根据经验考虑支架的弹性及非弹性变形因素。支架必须进行等载预压及调整标高后浇筑箱梁。主墩两侧的箱梁浇筑必须对称进行，以防止出现由于不平衡弯矩而产生的裂缝。T构箱梁张拉程序是：先张拉长束，后张拉短束，并保证对于横断面左右按先边后中成双对称张拉;对于两端张拉的预应力束，应保证两端同步张拉，张拉完后即压浆。全部预应力张拉完成后，可拆除箱梁支架，拆除程序由两端向墩身进行。箱梁浇完后防撞护栏也可浇筑。

　　4、 转体工艺及技术措施

　　4.1 转体前的准备

　　4.1.1 平衡加载

　　为使磨心两侧旋转重量平衡，即转动体系的重心落在转轴中心，防止转盘在转动时沿球面滑动而发生倾斜，使保险支腿受力不均，甚至破坏，所以应根据结构受力特点配置或调整体系的平衡重。计算平衡：用一台1000KN千斤顶设于上承台与下承台间，启动千斤顶，使起顶侧的上承台的测量标志点上升2毫米，读出油压表的读数记为A1，将千斤顶移至另一侧，同样读出油压表的读数记为A2，在安置千斤顶时要注意两侧安置千斤顶的位置到转盘中心的位置要一样。两侧读数的差值即为平衡重量。按测出的数值经力矩换算后在梁的端部加设压重。该桥在主墩箱梁外侧腹板顶离转动中心26.4m处增加了25t的平衡重。

　　4.1.2 转动顶推力计算

　　本桥转体总重量为2722t。球冠直径为2.m，取：计算静摩察系数为

　　µ静=0.15，动摩察系数µ动=0.08

　　顶推力的计算结果如下：

　　摩察力计算公式为F=W×μ

　　静摩擦力F静=W×μ静=4083.3KN;

　　动摩擦力F动=W×μ动=2177.8KN。

　　顶推力计算：

　　顶推力T=2/3×(R·W·μ)/D

　　式中R―球铰平面半径，R=1.0m;

　　D―球台直径，D=7.368m。

　　启动时所需最大顶推力

　　T=2/3×(R·W·μ静)/D =369.5KN;

　　转动过程中所需顶推力

　　T=2/3×(R·W·μ动)/D=197.1KN。

　　4.1.3 将转盘上所有与转体无关的材料、工具等杂物清理并冲洗干净，清除可能影响转体转动时所有的障碍物。

　　4.1.4 提前获取转体时段内的气象信息，避免可能较大风荷载对转体施工产生不利影响，建议施工期风速不宜有超过5级以上的风。

　　4.1.5 顶推设施

　　顶推设施的布置和所采用的顶推机具应考虑足够的顶推力储备。顶推后座按2000kN推力设计，采用型钢加钢柱制作，分上下两部分。上半部分，即露出承台顶面部分可在水平面内转动，以便实施转体时千斤顶后座的方向与上转盘的侧面方向可适当调整，以确保千斤顶与后座接触。在转体前应准备好支撑水平千斤顶所需的型钢加工件垫块及硬木块个数，以缩短换垫时间，加快顶推速度。千斤顶采用2000KN的液压千斤顶两只，配电动油泵两套，千斤顶长度36cm，行程20cm，备用1000KN千斤顶两只，尽可能使用较轻的千斤顶以方便操作。

　　4.2 顶推转动

　　实施转体转动采用千斤顶平卧在上下转盘间顶推转动。开始时缓慢启动两只千斤顶形成驱动力偶;当驱动力偶增加到一定值后，上转盘即可缓缓平稳转动;当千斤顶的行程用完后，移动下承台槽口中的顶推后座重新安放千斤顶继续驱动转体。如此往返重复，直到转体就位合龙。在转体过程中，转速应力求均匀。当转体到合龙位置前，应缓慢减速，并密切观测桥梁中线，由中线观测人员按到位信号控制就位;若有超出，可用千斤顶反向顶推就位。实施转体施工应注意顶推开始时，施加推力应缓慢均匀增加，当接近估算值时，施加推力的速度应减慢，以免结构体系由静止转向运动的过程变化太快，因箱梁在旋转过程中产生不平衡弯矩，导致梁体变形甚至产生裂缝。转体过程中转动角速度ω≤0.02rad/min，同时应详细监测桥面两端标高变化情况，若高差变化较大(两端标高偏差按不超过10 mm控制)，应立即停止转体，采取对标高上升的一端进行加载措施，直至标高恢复正常时方可继续转体。转体就位后，应适当将转盘固定，防止大风或其他因素产生的结构移位

　　4.3 转盘封固

　　当桥梁中线误差不大于10mm，两半跨结构对称点标高误差限制在20mm以内，尽量要求达到平齐合龙，此后先焊接上转盘和下承台上的预埋钢板，使其联结，然后用小骨料混凝土将上转盘与承台间的空隙灌实，再通过上转盘的灌浆孔向下压浆，使主墩与承台固结。应注意当梁体轴线转体至与设计轴线完全重合后，必须马上将倒三角形块置于上下转盘间限位块另一侧临时固定，调整“T”梁端标高，然后通过上承台预留孔将上下盘封盘固定，完成主桥转体施工。

　　5、 转体施工创新实践

　　吴江互通C匝道跨苏嘉杭高速公路转体桥施工图经专家、业主单位、施工单位、监理单位审查，对其主桥转体结构提出合理化建议。设计单位采纳这些建议，转体结构施工时突出优化以下几点：

　　5.1 施工图主桥临时固措施采用四级钢筋与砂筒组合结构，在转体过程中抗扭性能较差，为了提高转体抗扭稳定性，对墩梁临时固结设计进行优化调整，即在主墩四角边处增加1.0m×0.3m(横桥向×11顺桥向)砼临时支座垫块，临时垫块中间设硫磺砂浆。

　　5.2 在对磨心及上下承台应力验算基础上，将磨心(C60)、磨盖(C50)、下承台(C40)、上承台(C40)砼标号调整统一采用C50, 便于砼浇筑施工可操作性，同时也增加了磨心与下承台的整体性;

　　为了加强磨盖与上承台的联结，同时便于磨盖起吊磨合，设计将磨盖尺寸由原来的3.0m×3.0m×1.0m调整为2.5m×2.5m×1.0m，将磨盖吊钩由原来设置中间调整为设在磨盖四角。

　　5.3 原设计图纸滑道设计为钢板和四氟滑板组成的滑动面，滑道半径为325 cm，宽度为50 cm，其结构由上至下依次为16mm钢板、3mm不锈钢板、5mm四氟滑板、16mm钢板，实际施工滑道结构取消滑道内四氟滑板，防止四氟滑板前口向上卷成圆弧形，转动时刮板;下承台钢板改为活动钢板。

　　5.4 转盘封固，原设计为将上转盘和下承台预埋钢板焊接，用小骨料砼将上转盘与承台间空隙灌实，因空隙较宽而高度很小，难以灌实砼。调整为通过上转盘预留垂直方向适当数量灌浆孔，通过压实膨胀砂浆使其密实，达到上转盘与下承台整体均匀受力。

　　5.5 为了提高梁转体过程纵向稳定性，保证有足够的抗倾覆安全度，设计、施工采取如下措施：

　　5.5.1、调整转动范围上转盘尺寸，即将上转盘尺寸由原来10m(横桥向)×4.5m(顺桥向)，调整为10m×7.0m(顺桥向)。

　　5.5.2、上转盘两侧等间距设置平行保险6个撑角，撑角弦长100cm，不需要连续设置整条弧形撑角。

　　5.6 开挖主墩基础基坑，根据开挖及地质条件，采用钢管桩加钢板的基坑支护，防止既有路面出现裂缝，确保苏嘉杭高速公路路面稳定和运营安全;

　　6、结束语

　　本文通过桥梁平面转体施工工程实例，阐述桥梁转体施工工艺把跨路高空作业变为地上支架作业，减少了施工环节和施工设备，加快了施工进度。特别是在高速公路或交通繁忙的航道和公路上，采用此种工艺建桥不需中断交通，技术经济效益和社会效益非常显著，所以桥梁转体工艺具有巨大的应用和推广价值。随着新技术、新工艺不断完善，桥梁转体技术将会更加安全、可靠、操作简洁、实施快速、降低造价，并得到广泛的应用和发展。

　　参考文献

　　[1]张健峰、钟启宾.桥梁水平转体法施工技术成就.铁道标准设计(1992);

　　[2]张连燕.桥梁转体施工.北京：人民交通出版社，2001;

《平面转体施工方法在吴江互通工程中的创新实践》

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